新一代智能机床与智能数控系统的探索与实践

导读

本文为华中数控股份有限公司董事长，国家数控系统工程技术研究中心主任，博导陈吉红先生的报告，报告分为五大部分，数控机床转型升级方向，机床的演化与智能机床的三阶段，新一代智能机床（iNC-MT）与智能数控系统（iNC-）的探索与实践，智能制造人才培养和华中数控简介。

陈吉红董事长分别从制造业大趋势、数控技术自动化转型升级、机床设备智能化转型升级、何为智能制造、德国工业4.0与美国CPS对我们的启发以及华中数控新一代智能数控系统（iNC）和智能机床（iNC-MT）的应用实践，智能制造人才培养等情况作出简介，报告深入浅出、通俗易懂，理论研究结合实际应用，具有非常好的落地指导价值！

2018年4月9日，武汉华中数控股份有限公司在上海隆重推出iNC智能数控系统概念机，同时亮相的还有配套iNC的宝鸡机床智能数控机床概念机iNC-MT。与以往推出的智能数控系统和智能数控机床不同的是，由华中数控和宝鸡机床联合推出的iNC和iNC-MT中引入了新一代人工智能技术-大数据智能，将以大数据深度学习为代表的新一代人工智能技术浑然天成地融合到数控系统和数控机床中，在iNC智能数控系统平台上，集成了NC App Store功能，可以由用户利用数控机床加工过程中的大数据，开发自己的App。在首次推出的概念机的NC App Center中，集成了18个智能化App，可以实现品质提升、工艺优化、健康保障、管理增效等效果。

在我国加快转变经济发展方式，机床市场需求发生重大变化的新常态下，我国机床行业面临巨大的转型升级压力。

数控机床正从数字化机床（NumericalControl Machine Tools）向智能化机床（Smart Machine Tools，SMT）方向发展。但智能化机床尚处于起步阶段，还未取得实质性的研究进展和显著的应用成效。究其原因，主要是智能机床在自感知和自学习技术方面，未取得革命性的突破，最终导致机床智能化功能的适用性和有效性不够。

近年来，大数据、云计算和新一代人工智能技术取得了群体性、革命性的突破。新一代人工智能技术与先进制造技术深度融合所形成的新一代智能制造技术，成为了新一轮工业革命的核心驱动力。

新一代人工智能技术与数控机床的融合，形成新一代智能机床（Intelligent Machine Tools，iMT），将为数控机床产业带来新的变革。这将是中国机床行业“换道超车”，最终实现从“跟跑”到“领跑”的重大机遇。

在中国工程院、工信部的指导和支持下，华中数控、宝鸡机床、华中科技大学提出了新一代智能机床（iMT）的新理念，开展了智能数控系统（iNC，intelligent NC）和智能机床（iNC-MT，intelligent NC Machine Tools）的探索：

★自主感知：通过独创的“指令域”大数据汇聚方法，按毫秒级采样周期汇集数控系统内部电控数据、插补数据，以及温度、振动、视觉等外部传感器数据，形成数控加工指令域“心电图”和“色谱图”。伺服驱动系统既是“执行器”，又是“感知器”。实现了数控加工过程的状态信息和工况信息的自主感知，建立了数控机床的全生命周期“数字双胞胎”（Digital Twins）和“人-信息-物理系统”（Human-Cyber-Physical Systems, HCPS）。

★自主学习：在大数据、云计算和新一代人工智能技术的基础上，建立了大数据智能（可视化、大数据分析和深度学习）的开放式技术平台，形成智能机床共创、共享、共用的研发模式和商业模式的生态圈。从大数据中隐含的“关联关系”中，应用大数据智能技术，进行自主学习，获得数控加工智能化控制知识，通过开放的技术平台，实现智能控制策略、知识的积累和共享。

★自主决策：根据数控加工的实时工况和状态信息，利用自主学习所获得的智能控制策略和知识，形成多目标优化加工的智能控制“i-代码”。

★自主执行：通过独创的“双码联控”控制技术，实现了传统数控加工的“G-代码”（第一代码）和多目标优化加工的智能控制“i-代码”（第二代码）的同步运行，达到数控加工的优质、高效、可靠、安全和低耗的目的。

在以上技术基础上，华中数控与宝鸡机床率先研制了基于新一代人工智能技术的智能数控系统（iNC）和智能机床（iNC-MT）概念机，开发了一批质量提升、工艺优化、健康保障和生产运行的智能化功能模块。